Мониторинг вредных организмов как основа фитосанитарной оптимизации агроэкосистем картофеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мониторинг вредных организмов как основа фитосанитарной оптимизации агроэкосистем картофеля

Ю.В. Пилипова, доктор сельскохозяйственных наук, доцент Е.М. Шалдяева, доктор биологических наук, профессор; Новосибирский государственный аграрный университет

Исследования проводились в период с 1988 по 2017 г. в 13 картофелеводческих хозяйствах Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края. Приведен перечень экономически значимых вредных организмов в агроэкосистемах картофеля лесостепи Западной Сибири и их классификация по стратегиям жизненных циклов. В агроэкосистемах картофеля преобладают виды с К (Кг)-стратегией: многолетние сорные растения, проволочники (щелкуны), ризоктониоз, фузариоз, фомоз, парша обыкновенная, бактериозы, дитиленхоз, вирусные заболевания (72,2 %). Популяции с r (гК)-стратегией составляют малолетние сорняки, колорадский жук, фитофтороз и альтернариоз (27,8 %). Показано, что семенные клубни в хозяйствах всегда заражены склероциальной формой возбудителя ризоктониоза, в отдельных случаях до 80 %. Доля бактериозов клубней в среднем составляет около 2 % (до 20 %), доля стеблевой нематоды в отдельные годы достигала 19,5 %. Клубни, пораженные фитофторозом, в условиях региона встречаются после лет с эпифитотийным развитием заболевания, доходя до 5,8 %. Показано, что наибольшим периодом сохранения в почве характеризуются вредные организмы с К (Кг)-стратегией жизненного цикла: по некоторым видам 5-6 лет и более. Малолетние сорные растения характеризуются преимущественно r (гК)-стратегией жизненного цикла, имеют высокую продуктивность семян и широкую экологическую нишу. Было установлено, что запас семян сорных растений в пахотном горизонте колеблется от 8,6 до 22,5 млн/га с преобладанием щирицы запрокинутой и проса посевного. Многолетние сорняки в основном с адаптациями К (Кг)-стратегов формируют запас мощной подземной вегетативной массы. Виды с r-стратегией более адаптированы к освоению наземно-воздушной среды, формируя значительное количество зооспор, конидий, семян и т.д. В разработанной системе мониторинга и прогноза вредных организмов учитывали их адаптации к освоению основных факторов выживания - почве, семенному материалу, освоение наземно-воздушной среды.

Key words: agroecosystem of potato, species composition, K-strategists, r-strategists, the factors of conservation, factors of transmission, monitoring, forecast.

Основой системы защиты растений от фитопатогенов, фитофагов и сорных растений должны служить организационно-хозяйственные и агротехнические приемы, способствующие оптимизации фитосанитарной ситуации в посадках (посевах) сельскохозяйственных культур, которые при необходимости снижения исходной численности, распространенности вредных организмов могут быть дополнены химическим и биологическим методами. Для принятия решений о проведении тех или иных мероприятий осуществляется мониторинг и прогноз развития вредных организмов с учетом порогов вредоносности [1].

Диагностика фитопатогенов и фитофагов, а также мониторинг и прогноз их развития являются обязательными в системе мероприятий по защите агроэкосистем картофеля, практическое осуществление которых позволяет быстро и оперативно принимать необходимые меры по оздоровлению почвы, семенных клубней и посадок картофеля.

Видовой состав вредных организмов, распространённых в агроэкосистемах картофеля лесостепи Западной Сибири, включает 18 экономически значимых видов. Это возбудители ризоктониоза, фитофтороза, альтернариоза, сухих грибных и бактериальных гнилей, парши обыкновенной, дитиленхоза, вирусных заболеваний, а также проволочник, колорадский жук, просо посевное, щирица запрокинутая, осот жёлтый, вьюнок полевой [2, 3].

Ежегодно развитие ризоктониоза картофеля в лесостепи Западной Сибири протекает в форме эпифитотии при передаче возбудителя через клубни и почву, формируя до 81,5-83,4 % клубней, инфицированных возбудителем [4].

В условиях региона потери клубней при хранении от грибных и бактериальных заболеваний могут достигать 20-25 % и более. Фитосанитарное состояние агроэкосистем картофеля в регионе в отношении бактериозов, особенно кольцевой гнили, вызывает опасение [5, 6].

Следствием неудовлетворительного фитосанитарного состояния почвы, семенных клубней и посадок картофеля является неполная реализация параметров элементов структуры урожая: густоты продуктивных растений, потенциальной урожайности сортов, массы и качества клубней [7].

В качестве теоретической и методологической основы для осуществления мониторинга и прогноза развития вредных организмов использовалась концепция К- и г- стратегов [8-12].

Цель исследования - обосновать систему мониторинга и прогноза развития вредных организмов картофеля в лесостепи Западной Сибири.

Объекты исследования - технология возделывания картофеля в регионе, фитопатогены, фитофаги, сорные растения культуры.

Исследования проводили в период с 1989 по 2017 г. в 13 хозяйствах региона - Новосибирской, Кемеровской областях, Алтайском крае. Результаты получены в ходе производственных и лабораторных экспериментов. Основными методами исследований были маршрутные обследования посадок картофеля, клубневой анализ, определение численности вредных организмов в почве.

Количественные и качественные изменения жизненного цикла вредных организмов в процессе эволюции обусловливают динамику численности их популяций и определяют развитие эпифитотического процесса. Для понимания этих явлений важно знать основные эволюционно-экологические закономерности, присущие жизненным циклам вредных организмов - последовательное развитие стадий (фаз) организмов биологических видов, обеспечивающих их размножение, выживание и трофические связи в агроэкосистемах [12].

В.А. Чулкиной [12] была предложена универсальная модель эпифитотического процесса для всех вредных организмов (фитопатогены, фитофаги, сорные растения), в которую были включены следующие факторы: воспроизводство себе подобных (размножение), способность адаптироваться (выживать) во внешней среде, способность добывать ресурсы для жизнедеятельности (питание). Таким образом, подсистему внутренних специфических для эпифитотического процесса факторов составили: источник воспроизводства вредных организмов (тактикаразмножения, Р), факторы передачи - способы передвижения, выживания, расселения (тактика выживания, В) и восприимчивые растения к вредным организмам (тактика трофических связей, Т).

Факторы передачи выполняют общебиологическую функцию приспособляемости вредных организмов к условиям окружающей среды. Для фитопатогенов, сорняков факторами передачи являются воздушные течения, капли дождя, почва и др., для фитопатогенных вирусов - живые переносчики (насекомые, клещи, нематоды, сорные растения), для фитофагов, ведущих активный образ жизни, - механизмы адаптации для поиска растений-хозяев текущего и следующих сезонов (активное передвижение, наличие диапауз и др.).

Разрыв любого звена - источника воспроизводства (Р), фактора передачи (В), восприимчивого растения (Т) - позволяет управлять эпифитотическим процессом.

В условиях региона картофель в значительной степени поражается комплексом болезней, из которых наиболее значимыми являются ризоктониоз, сухие гнили (фузариозная, фомозная и смешанная), бактериозы, вирусные инфекции, виды парши, нематоды. Из фитофагов вредоносными являются проволочник, колорадский жук, на семенных участках - переносчики вирусов: тли, цикадки, клопы [2-6, 13].

Изучение эволюционно-экологических особенностей вредных организмов позволило определить стратегии их жизненных циклов (К, г, Кг, гК) и выявить виды, наиболее распространенные в условиях региона. Так, полученные данные показали, что популяции вредных организмов на картофеле в регионе представлены в основном видами с К (Кг)-стратегией жизненных циклов - 72,2 % (ризоктониоз, фузариоз, фомоз, парша обыкновенная, бактериозы, дитиленхоз, вирусные заболевания, многолетние сорные растения, проволочники). Популяции с г (гК)-стратегией составляют менее трети распространенных в регионе вредных организмов - 27,8 % (возбудители фитофтороза, альтернариоза, малолетние сорняки, колорадский жук) [2].

В условиях региона мониторинг вредных организмов должен проводиться для основных факторов их выживания - почва и посадочный материал. Так, семенные клубни как фактор сохранения освоили все имеющиеся в регионе фитопатогены и фитогельминты (табл. 1).

Таблица 1 Заселенность (зараженность) семенных клубней фитопатогенами

Полученные многолетние данные свидетельствуют, что семенные клубни в хозяйствах всегда заражены возбудителем ризоктониоза, при этом доля клубней, заселенных склероциальной формой, достигает в отдельных случаях 80 % и более, что в многократно превышает регламенты [4].

Существенно снижают качество посадочного материала возбудители бактериозов (кольцевой, бурой бактериальной гнилей, черной ножки) и стеблевая нематода (дитиленхоз). Данные заболевания не допускаются стандартом для элитных репродукций картофеля. Однако доля клубней, пораженных бактериозами, в семенном материале хозяйств региона варьирует от 2 до 20 %, а распространенность стеблевой нематоды в отдельные годы достигала 19,5 % [6, 7].

Фитофтороз в регионе характеризуется спорадической динамикой, поэтому клубни с симптомами заболевания встречаются редко. В то же время после лет с эпифитотийным развитием фитофтороза распространенность пораженных фитофторозом клубней бывает значительной -- до 5,8 % [13].

Важную роль при возделывании картофеля играет фитосанитарное состояние почв - заселение её структурами, способными вызывать заболевание растений - склероциями, хламидоспорами, цистами и т.д. По данным Е.П. Дурыниной, Л.Л. Великанова [14], для почвообитающих грибов характерны: 1) широкая специализация видов, способных паразитировать на представителях многих семейств высших растений, в том числе на сорняках; 2) наличие у них активных сапротрофных фаз, позволяющих этим грибам помимо растения-хозяина использовать разные органические субстраты (Rhizoctonia, Fusarium и др.); 3) наличие хорошо сохраняющихся высокоустойчивых покоящихся структур (конидии, склероции, хламидоспоры); 4) высокая степень изменчивости, позволяющая им адаптироваться к негативным условиям внешней среды, а также к новым сортам растений.

Мониторинг фитосанитарного состояния картофеля должен учитывать продолжительность выживания пропагативных структур вредных организмов в почвах агроэкосистем картофеля. Так, наибольшим периодом выживания характеризуются К (Кг)-стратеги: не менее 3 лет, а по отдельным видам 5-6 лет и более.

Освоение уникальных методик определения пропагул R. solani в почве позволило установить, что численность фитопатогена часто превышает установленные пороги вредоносности и в значительной степени зависит от возделываемой культуры (табл. 2).

В свою очередь, подбор предшественника определяет общее фитосанитарное состояние посадок картофеля, в первую очередь в отношении К-стратегов (табл. 3).

Таблица 2 Численность гриба R. solani в почве в условиях лесостепи Западной Сибири (в среднем за 1989-1991 гг.)

Примечание. ЭПВ для выщелоченного чернозема Западной Сибири - 0,2 пропагулы /100 г почвы.

Таблица 3 Фитосанитарное состояние посадок картофеля в условиях лесостепи Западной Сибири (в среднем за 1996-2009 гг.),%

* Овес, пшеница.

Золотистая картофельная нематода внесена в Перечень карантинных объектов, утвержденный приказом МСХ РФ от 15.12.2014 N° 501 (список А2). На территории Новосибирской области фитогельминт распространен. На протяжении ряда лет мы проводили мониторинг численности нематоды в почве (табл. 4).

Установлено, что, на протяжении пяти лет фитогельминт сохранял значительную численность, не теряя жизнеспособность.

Таблица 4 Средние значения численности цист золотистой картофельной нематоды в пахотном слое почв (Новосибирский район, 2011-2015 гг.)

Примечание. Высокая численность - более 25 цист на 100 г/ почвы; средняя - до 25, низкая - менее 5.

Для мониторинга сорных растений также руководствовались их эволюционно-экологическими стратегиями (К-, г-) и тактиками жизненного цикла - размножение, выживание, трофические связи. Малолетние сорные растения характеризуются преимущественно г (гК)-стратегией, имеют высокую продуктивность семян и широкую экологическую нишу в агроэкосистемах, способны длительное время сохраняться в почве, часто формируют семена нескольких типов, различающихся по продолжительности покоя, длительности выживания в почве, скорости прорастания, что также способствует накоплению их в почве. Многолетние сорняки в основном с адаптациями К (Кг)-стратегов формируют запас мощной подземной вегетативной массы [11,12].

Запас семян сорняков оценивали для почв кормовых, полевых и овощных севооборотов. Было установлено, что количество семян сорняков в пахотном горизонте колеблется от 8,6 до 22,5 млн/га, что, согласно классификации А.Ф. Ченкина [15], говорит о слабой (от 5 до 15 млн/га) и средней (от 15 до 50 млн/га) её засорённости. Анализ видового состава банка сорняков в почве показал, что доминирующими видами были просо посевное и щирица запрокинутая, распространенность которых составила от 22 до 77 % от общего числа семян сорных растений в почве.

Вредные организмы, паразитирующие на картофеле, по-разному осваивают наземное пространство. Так, для К-стратегов характерно слабое освоение воздушной среды, а следовательно, и распространение в пределах поля, посадок. Напротив, г-стратеги (возбудителя фитофтороза, альтернариоза, колорадский жук, малолетние сорняки) при благоприятных условиях формируют значительное количество потомков (зооспоры, конидии, семена, имаго, личинки), активно расселяющихся в пространстве.

На основании собственных и литературных данных можно заключить, что вредные организмы, обладая общими признаками основных эволюционных тактик - размножения, выживания и трофических связей, приобрели в процессе эволюции адаптации, свойственные К- или г-стратегам. Это позволяет определить общие подходы к мониторингу, прогнозу и контролю их численности в агроэкосистемах (табл. 5).

Таблица 5 Экологическое обоснование системы мониторинга вредных организмов картофеля

Так, для оптимизации фитосанитарного состояния агроэкосистем картофеля от К (Кг)-стратегов следует снижать исходную численности вредных организмов в почве и на клубнях. Данные популяции требуют мониторинга до посадки картофеля: мониторинг исходной заселенности посадочного материала и почвы, планируемой под картофель фитопатогенами, фитофагами и сорными растениями. Для данного комплекса вредных организмов в посадках картофеля текущего года можно лишь оценить эффективность реализованных мероприятий (например, протравливания). Неслучайно пороги вредоносности для К (Кг) -стратегов установлены по исходной численности их в почве и на (в) посадочном материале. Многолетние сорняки характеризуются в основном К (Кг) -стратегией жизненного цикла, отбор направлен на повышение выживаемости и преодоление конкуренции: популяции активно заселяют экологическую нишу. Мониторинг целесообразно осуществлять один раз за сезон (осенью), проводить фитосанитарное картирование по выявлению очагов, куртин, появления новых всходов из семян [11].

Напротив, для защиты агроэкосистем картофеля от г (гК)-стратегов необходимо снижать скорость их размножения и расселения в посадках культуры. Данный комплекс фитопатогенов и фитофагов требует постоянного мониторинга и прогноза их развития в период вегетации, поскольку при наступлении благоприятных метеоусловий наблюдается их активное размножение и распространение (фитофтороз, ранняя сухая пятнистость, колорадский жук). Для г (гК)-стратегии пороги вредоносности рассчитаны по разным фазам вегетации картофеля, а оперативные защитные мероприятия должны проводиться в посадках. У малолетних сорных растений преобладают признаки г (гК)-стратегов, которая реализуется репродуктивным размножением по типу «концентрированного удара». Важно прервать пополнение запаса семян сорняков в почве. Необходим ежегодный мониторинг численности малолетних вегетирующих сорняков в агроэкосистемах и многолетний (1 раз в 4-5 лет) по определению запаса семян в почве для принятия обоснованных решений по снижению численности сорных растений ниже ЭПВ.

Проведение мониторинга вредных организмов осуществляется с использованием общепринятых и современных методов диагностики (таб. 6).

Таблица 6 Основные методы мониторинга вредных организмов картофеля

Методы мониторинга направлены на определение видового состава, численности, распространенности и степени развития вредных организмов.

Современный блок представлен методами оценки плотности популяции гриба R. solani в почве. Это методики влажного просеивания и множественных почвенных таблеток, которые в регионе применяются с 1980 и 1984 гг. соответственно. Методы определения качественного состава популяции с учетом анастомозных групп гриба R. solani используются с 1995 г. Практическое применение имеет оценка распространенности склероциальной формы ризоктониоза по склероциальному индексу на семенных клубнях.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Преобладающее большинство популяций вредных организмов в регионе являются К (Кг)-стратегами, естественный отбор которых направлен на максимальный вклад веществ и энергии в преодоление конкуренции и повышение выживаемости популяций в насыщенных средах обитания - семена, почва.

2. Оздоровление почвенной среды и посадочного материала имеет первостепенное значение против фитопатогенов с К (Кг)-стратегией жизненного цикла - возбудителей ризоктониоза, сухих грибных гнилей, парши обыкновенной, бактериозов, стеблевой и золотистой цистообразующей нематод, проволочника, многолетних сорняков, действуя на тактику выживания популяций. Основной задачей является снижение их численности ниже уровня ЭПВ, ПВ до посадки картофеля, в почве и семенном материале.

3. В отношении г (гК) -видов, реализующих в первую очередь тактику размножения при наступлении благоприятных условий (фитофтороз, ранняя сухая пятнистость, колорадский жук, малолетние сорные растения), следует проводить мониторинг и прогноз их развития в период вегетации в посадках картофеля для оперативного прерывания эпифитотического процесса.

картофель фитопатоген почва экологический

Библиографический список

1. Кирюшин В.И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирования агроландшафтов. - М.: КолоС, 2011. - 443 с.

2. Шалдяева Е.М., Пилипова Ю.В. Вредные организмы агроэкосистем картофеля лесостепи Западной Сибири и их эволюционно-экологические адаптации// Сиб. вестн. с.-х. науки. - 2017. - № 1. - С.64-74.

3. Система защиты картофеля от болезней и вредителей Новосибирской области. Практическое руководство / А.А. Малюга, Н.М. Коняева, Н.Н. Енина [и др.]; РАСХН. Сиб. отд-ние. СибНИИ земледелия и химизации сел. хоз-ва. - Новосибирск, 2003. - 140 с.

4. Шалдяева Е.М., Пилипова Ю.В. Мониторинг ризоктониоза в агроэкосистемах картофеля Западной Сибири. - Новосибирск: НГАУ, 2006. - 195 с.

5. Пилипова Ю.В., Шалдяева Е.М. Болезни картофеля при хранении в Западной Сибири. - Новосибирск, СибУПК, 2012. - 143 с.

6. Пилипова Ю.В., Шалдяева Е.М. Бактериозы картофеля в лесостепи Западной Сибири // Защита растений в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур: материалы между- нар. науч.-практ. конф., Краснообск, июль 2013 г. - Новосибирск, 2013. - С. 266-272.

7. Пилипова Ю.В., Шалдяева Е.М. Формирование элементов структуры урожая картофеля в лесостепи Западной Сибири // Сиб. вестн. с.-х. науки. - 2016. - № 6. - С. 32-39.

8. Дьяков Ю.Т. Критерии биологического вида у грибов (с обзором таксономической структуры ризоктониеподобных грибов) // Микология и фитопатология. - 1993. - Т. 27, № 6. - С. 68-81.

9. Захваткин Ю.А., Попов С.Я. Выбор оптимальных методов борьбы с вредителями на основе оценки типов стратегий воспроизводства популяций// Интегрированная защита растений: сб. науч. тр. ТСХА. - М.: ТСХА, 1985. - С. 3-8.

10. Одум Ю. Экология. - М.: Мир, - 1986. - Т 1. - 328 с.; Т 2. - 376 с.

11. Стецов Г.Я. Эволюционно-экологические особенности сорных растений и совершенствование мер борьбы с ними в агроэкосистемах полевых культур юга Западной Сибири: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. - Барнаул, 2007. - 32 с.

12. Чулкина В.А., Торопова Е.Ю., Стецов Г.Я. Эпифитотиология (экологические основы защиты растений): учеб. пособие / под ред. А.А. Жученко. - Новосибирск, 1998. - 226 с.

13. Пилипова Ю.В., Шалдяева Е.М. Фитофтороз картофеля в Западной Сибири // Вестн. НГАУ -2012. - № 24. - С. 10-16.

14. Дурынина Е.П., Великанов Л.Л. Почвенные фитопатогенные грибы. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 107 с.

15. Фитосанитарная диагностика /А.Ф. Ченкин, В.А. Захаренко, Г.С. Белозерова [и др.]. - М.: Колос, 1994. - 323 с.

Размещено на Allbest.ru